Alle Hersteller von Hochleistungsbausteinen sind auch Hersteller zumindest von Zugumrichtern, häufig ganzer Eisenbahnmaschinen (ABB, Siemens-Eupec, Mitsubishi, Hitachi, Fuji, Toshiba). Nach den ersten Halbleitern 1970 im Eisenbahnbereich folgen seit 1994 die ersten IGBT-Module (insulated gate bipolar transistor). Derzeit werden die IGBT-Antriebsmodule in den Gehäusen 130 x 140 mm und 140 x 190 mm mit den elektrischen Werten 1600 V - 1200 A und 3300 V - 1200 A angeboten. Der hybride Aufbau der Module besteht beispielsweise aus 24 IGBT-Chips und 12 Dioden-Chips, jeweils mit den Abmessungen 13 x 13 mm. Jeder Emitter wird mit 8 - 12 Aluminiumdrähten von 300 bis 500 mikron Durchmesser gebondet. Die Chips sind auf eine verkupferte Schicht gelötet. Es werden im Kontaktbereich Draht-Kupfer Stromdichten von 1000 A/mm(exp2) erreicht. Viele Untersuchungen beschäftigen sich seit 1993 mit der Alterung dieser Module. Kritische Punkte sind die Ultraschall-Lötpunkte und die Lötverbindung des Keramiksubstrats auf der Metallträgerplatte. Seit 1996 gibt es dazu das europäische Forschungsprogramm RAPSDRA (Reliability of Advanced high Power semiconductors for Railway Applications). Die Module erleichtern in entscheidender Weise den Aufbau von Umrichtern, da ein Gehäuse bereits die Grundfunktion einer Schaltzelle enthält, die Grundbaustein für Spannungswandler, Wechselrichter und Gleichrichter ist. Neben den IGBT-Modulen werden nur noch Kondensator und Kühlung benötigt. Zudem bietet die IGBT-Struktur neue elektrische Eigenschaften wie die Spannungssteuerung. Serienmäßig verwendet werden die Module bereits von Alstom in den neuen Regionalzügen TER2N.
Les modules IGBT de forte puissance. Leur essor dans les applications de traction ferroviarie
Die Hochleistungsmodule IGBT: ihr Aufstieg in der Eisenbahnantriebstechnik
High power IGBT modules - Development in railway transport applications
1998
8 Seiten, 11 Bilder, 24 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Französisch
Systemes de traction a IGBT de grande puissance
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